Perspectiva tecnológica para o álcool em 2020

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1 Perspectiva tecnológica para o álcool em 2020 José Francisco Ferreira Junior 1. RESUMO A pesquisa aqui apresentada tem como objetivo analisar a perspectiva tecnológica para o álcool em Para tanto lançou-se mão de fontes de pesquisa que visam demonstrar cenários futuros e novas tendências como é o caso da internet. O foco da pesquisa foi a produção de etanol por hidrólise ácida, que tende a ser o método mais usado no futuro próximo. Palavras chave: Etanol, flex-fuel, celulose, hidrólise ácida. 1. ABSTRACT The research presented here aims at analyzing the technological perspective for alcohol in To this end it employed sources of research seeking to show new trends and future scenarios such as the Internet. The research focus was the production of ethanol by acid hydrolysis, which tends to be the most widely used method in the near future. Keywords: Ethanol, flex-fuel, cellulose, acid hydrolysis. 2. INTRODUÇÃO O Brasil tem sido um dos maiores produtores mundiais de cana-de-açúcar ao longo da história. Em 1975, foi criado o Programa Nacional do Álcool Proálcool com a finalidade de reduzir a grande dependência do petróleo importado e criar um mercado

2 adicional para os produtores de açúcar, incentivando a indústria automobilística no desenvolvimento e fabricação de carros movidos exclusivamente a álcool. Na primeira fase do Programa, o seu principal objetivo consistia na produção de álcool anidro para a mistura com gasolina. Esforços em pesquisa e desenvolvimento direcionados à fabricação de carros movidos exclusivamente a álcool resultaram na criação destes veículos em Em decorrência ao segundo choque do petróleo em 1979, o governo brasileiro decidiu aumentar o uso combustível do etanol, assinando acordos com fabricantes de automóvel e estimulando a construção de um grande número de destilarias autônomas. Desta forma, iniciou-se a produção em larga escala do etanol hidratado. O substancial crescimento das exportações de açúcar, na década de 1990, resultou em escassez e racionamento do etanol, comprometendo os objetivos originais do programa com o declínio do consumo deste combustível no Brasil que se estendeu até Neste ano, surge no mercado nacional o veículo flex-fuel ou bicombustível, cuja tecnologia permitia o uso de álcool hidratado ou gasolina C, em qualquer proporção da mistura destes, possibilitando ao consumidor final a escolha do energético para abastecer o seu automóvel. Aliada à grande disponibilidade de etanol e contando com a infra-estrutura já existente de abastecimento em todos os postos, esta tecnologia promoveu um novo impulso ao mercado deste combustível. Desta maneira, o flex-fuel permitiu que o etanol pudesse competir com a gasolina em todo Brasil. Em junho de 2008, o álcool hidratado já era o combustível mais viável economicamente em 19 estados. O crescimento econômico, a distribuição de renda e o aumento de crédito promoveram um crescimento significativo das vendas de veículos leves novos, tendo como conseqüência, a renovação acelerada da frota, com crescente participação da categoria flex-fuel, já que esta tecnologia praticamente se tornou padrão nos veículos novos leves. De janeiro a junho de 2008, os veículos bicombustíveis representaram 87,4 % nas vendas totais de veículos leves. Segundo estimativas, em 2010 o flex-fuel representará

3 30% da frota nacional de leves e, estima-se que 75% dos abastecimentos dessa categoria de veículos sejam com álcool hidratado. Considerando os aspectos citados, houve um aumento significativo na demanda de hidratado no país, passando de mil m³, em 2003 para mil m³, em Mantida a tendência atual, em 2017, o percentual de hidratado na demanda total de combustíveis líquidos (Ciclo Otto) passará a ser algo em torno de 73% em volume, o que corresponde a 66% em gasolina equivalente. Aliada ao aquecimento do mercado interno, existe perspectiva de aumento das exportações deste combustível, mantendo o Brasil como líder no mercado internacional. Vale ressaltar, entretanto, as grandes incertezas que envolvem as perspectivas de exportação de etanol brasileiro devido à tendência de que, nos próximos anos, o abastecimento dos maiores mercados consumidores seja promovido por produções locais. Além disso, medidas protecionistas contra produtos estrangeiros e os subsídios aos produtores domésticos podem retardar o estabelecimento do etanol como commodity e, ainda, impedir que países em desenvolvimento possam figurar como fornecedores. Outro segmento de mercado que pode se destacar, no contexto de matérias-primas ambientalmente sustentáveis, é a alcoolquímica, que substitui derivados de petróleo pelo etanol na produção de polímeros e outros produtos químicos. O Brasil possui vantagens naturais para produção do etanol, tais como grande disponibilidade de terra arável (cerca de 100 milhões de hectares distribuídos distantes dos biomas naturais - Amazônia) e condições edafoclimáticas propícias à cultura da cana-de-açúcar. Atualmente, o Brasil utiliza apenas sete milhões de hectares para o plantio dessa cultura, sendo cerca de 50% para a produção de etanol e o restante para a de açúcar. Essa área representa apenas 1% do total utilizado para plantios no Brasil. Além disso, vale destacar que a energia consumida para o processo produtivo das usinas do setor sucro-alcooleiro é proveniente do bagaço da cana-de-açúcar. Conseqüentemente, a análise de ciclo de vida do etanol da cana-de-açúcar constata a

4 maior redução líquida de emissões de gases de efeito estufa de todos os biocombustíveis produzidos no mundo. Enquanto a cana-de-açúcar gera oito unidades de energia para cada unidade de energia utilizada para produzi-la, o milho, matéria-prima do etanol norte-americano, gera cerca de uma unidade de energia para cada unidade utilizada em sua produção. Soma-se às vantagens do etanol como substituto de derivados de petróleo, a utilização do bagaço da cana-de-açúcar para geração de energia para o Sistema Elétrico Interligado do Brasil. 3. DEMANDA INTERNACIONAL DE ETANOL As políticas de incentivo à produção e uso do etanol como combustível, por vários países, têm como principal objetivo a segurança energética, pois diversifica a matriz de insumos energéticos e reduz a dependência dos derivados de petróleo. Além disso, contribui para a redução dos impactos ambientais, sobretudo através da mitigação de emissões de gases de efeito estufa (GEEs), e ainda fortalece a economia rural. No mercado mundial de combustíveis, o etanol está sendo tratado como o combustível renovável mais viável, no curto prazo, para substituir a gasolina ou ser adicionado à mesma. Nos últimos anos, os maiores importadores de etanol produzido no Brasil foram a União Européia (UE) e os Estados Unidos. Existem diversos fatores que contribuem negativamente para o estabelecimento do etanol como uma commodity, essencial para o aumento do comércio mundial deste produto. Entre estes, destacam-se: Os subsídios dados aos produtores (notadamente EUA e Europa); A ausência de um padrão internacional de especificação para o etanol combustível e de infra-estrutura de logística;

5 A baixa disponibilidade de áreas agricultáveis para expansão agrícola, com a qual os continentes Europeu e Asiático, além dos EUA, deverão apresentar maiores dificuldades. Os efeitos da baixa disponibilidade de áreas para plantios energéticos são percebidos no setor alimentício, conforme verificado nos EUA. Nos últimos anos, este país utilizou uma quantidade cada vez maior de milho para a produção do etanol em detrimento do setor alimentício. Além disso, destinaram áreas originalmente utilizadas para plantios de outros produtos agrícolas para a produção daquela commodity. Em relação à criação de um padrão internacional de especificação para o etanol combustível, uma força-tarefa composta de representantes de órgãos técnicos dos governos do Brasil, EUA e União Européia concluiu a primeira etapa de harmonizar as especificações técnicas do etanol em Fevereiro de Foram identificados pontos de convergência e divergência entre as normas de cada parte, a partir dos quais serão feitos trabalhos de padronização e avaliação dos impactos em cada mercado. As pesquisas sobre conversão de material lignocelulósico em etanol podem resultar em um grande acréscimo aos volumes atualmente produzidos, o que ajudará os países produtores no cumprimento das metas energéticas de biocombustíveis. 4. OFERTA DE ETANOL NO BRASIL O cenário internacional favorável ao aumento de demanda de etanol pode se configurar em uma oportunidade para o Brasil, haja vista o potencial de expansão agrícola e o grau de maturidade da indústria sucroalcooleira nacional. A competitividade desta indústria no país é reflexo, principalmente, do conhecimento acumulado em décadas de experiência no processo de produção de açúcar e álcool; do aproveitamento energético do bagaço e da pesquisa por técnicas industriais e agrícolas mais eficientes.

6 A cana-de-açúcar é uma cultura de clima tropical que se adaptou muito bem às condições edafoclimáticas brasileiras, sendo cultivada em larga escala em diferentes regiões do país e ocupando uma grande variabilidade de solos e ambientes de produção. Para projetar a oferta de etanol, com perspectiva de atendimento à demanda brasileira de etanol, é necessária a avaliação da produção brasileira e sua provável expansão. No momento, não existem limitações de áreas agricultáveis para serem utilizadas na produção de cana-de-açúcar. A área atualmente ocupada por esta cultura é de apenas 2% da terra arável (1% para etanol). Tais dados sinalizam que não deverá haver, no Brasil, conflito entre usos da terra para a produção de gêneros alimentícios e geração de energia. Em relação à capacidade industrial, o país dispõe de 393 usinas em operação, cadastradas até julho de 2008, sendo assim distribuídas: 252 unidades mistas (produzem açúcar e álcool), 126 produzem apenas álcool e 15 produzem somente açúcar. Até 2017, vislumbra-se uma capacidade de produção agrícola e industrial apta a ofertar até 55,5 bilhões de litros de álcool, o que representaria um aumento superior a 165% em relação à produção estimada para PRODUÇÃO DE ETANOL O etanol é um biocombustível, que é um combustível gerado a partir de plantas, e não de material fóssil. Podemos dividir os biocombustíveis em duas gerações: Biocombustíveis de 1ª geração: lenha, carvão vegetal, resíduos (para combustão), álcool obtido a partir da cana de açucar, beterraba ou cereais, biodiesel, ETBE, etc. Biocombustíveis de 2ª geração: álcool obtido a partir de resíduos da biomassa e produtos lignocelulósicos, combustíveis sintéticos, com destaque para a pirólise e, sobretudo, a gaseificação da biomassa, etc.

7 Existem várias formas de produção de álcool, bem como de matérias primas para tal. Podemos destacar: Matéria prima: AÇÚCARES: cana de açúcar, melaço, beterraba, frutas; AMIDOS: milho, mandioca, batata doce, trigo; LIGNOCELULÓSICOS: resíduos agrícolas, lixívia negra, plantações energéticas. Processos produtivos: AÇÚCARES: fermentação; AMIDOS: hidrólise e fermentação; LIGNOCELULÓSICOS: hidrólise, purificação e fermentação. Nem toda matéria prima é usada comercialmente para a produção de etanol. Vários fatores influenciam a escolha, por exemplo produtividade, balanço energético total (campo e indústria), custo de produção, requisitos de qualidade de solo e clima, ser adaptável à tecnologia existente, sazonalidade, etc. As principais matérias primas de uso comercial são: AÇÚCARES: cana, melaço, beterraba; AMIDOS: milho, trigo; LIGNOCELULÓSICOS: resíduos agrícolas, switchgrass. Novas tecnologias podem ser empregadas na área agrícola para melhorar e aumentar a produtividade da matéria prima escolhida para a produção de etanol. Melhoramento genético, ajuste de adubação plantio direto e agricultura de precisão são exemplos

8 dessas tecnologias. Avanços tecnológicos nas refinarias também tendem a aumentar a produção. Entre eles (projeções para 2025): Extração: eliminação da lavagem da cana e moendas com acionamento elétrico, ou difusores. Aumento da eficiência de extração, de 96,26 para 98%; Tratamento do caldo: pré-concentração do caldo em 6 estágios e esterilização do mosto. O rendimento pode aumentar de 99,5 para 99,75%; Fermentação: processo Melle Boinot ou contínuo, em 3 estágios, a temperaturas mais baixas, maior grau alcoólico (9,5 GL para 12 GL), linhagens específicas, eliminação de infecções e da floculação, abolição do emprego de antibióticos. O rendimento pode aumentar de 89,7 para 92%; Destilação e retificação: reformulação das partes internas dos aparelhos, controle automático, aumento da capacidade dos equipamentos para 1000 m³/dia, introdução da destilação com múltiplos efeitos. O rendimento pode aumentar de 99,5 para 99,75%; Desidratação: introdução da desidratação azeotrópica com cicloexano, com 3 efeitos; Produção de vinhoto: redução do volume por concentração térmica em 6 estágios, cristalização de sulfatos, biodigestão termofílica e desulfurização biológica, introdução de concentração por membranas. A produção de vinhoto pode diminuir de 9,2 para 7,1 litros; Aumento do rendimento industrial de 88,3 para 92,5 litros por tonelada de cana (TC); Diminuição do consumo de vapor de 493 para 372 kg/tc; Diminuição do consumo de água de mais de 1 para menos do que 1 m³/tc.

9 6. ETANOL DE CELULOSE A produção de etanol a partir de celulose depende do processo de pré-tratamento, pois isso evita a perda da fermentação. Essa etapa irá determinar a produtividade de álcool nas outras etapas, pois um processo efetivo converte o substrato em açucares mais simples. A fermentação dos açúcares produz etanol. Esse açúcar pode ser derivado de inúmeras fontes, inclusive de madeira e resíduos agrícolas. O material que forma esses compostos é feito de lignocelulose e hemi-celulose, que em essência são longas cadeias de açucares, protegidas pela lignina. A separação da lignina é normalmente feita por hidrólise ácida. Essa separação produz uma grande variedade de açucares, e alguns deles não são fermentáveis, como a pentose. O bagaço integral da cana (fibra mais medula) é constituído por 36% de celulose, 26% de hemicelulose e 20% de lignina, entre outros componentes. A produção de etanol a partir da celulose contida no bagaço da cana pode atingir 200 bilhões de litro por ano em 20 anos. Esse aproveitamento de todos os produtos poderá tornar a indústria de etanol a partir de celulose competitiva em relação a outras indústrias de produção desse combustível. O volume produzido de etanol a partir de 1 tonelada de celulose é de 340 litros, dados referentes a empresa IOGEN (2007). A tecnologia para produzir etanol a partir de celulose possui características próprias, pois cada processo consegue obter maior ou menor produtividade de açúcares fermentáveis. Um exemplo é a hidrólise enzimática ácida. O processo tem esse nome porque o pré-tratamento é realizado a alta temperatura e na presença de ácido sulfúrico. De maneira geral podemos observar a produção de madeira como tendo algumas destinações, dentre elas a produção de etanol. A hidrólise representa a tecnologia internacional de obtenção de etanol. Nesse processo obtém-se glucose e, com o uso de enzimas, o processo continua para a separação da lignina e depois fermentação da glucose que produzirá álcool. O Brasil detém a tecnologia de obtenção de álcool a partir da palha da cana-de-açúcar, que também é feita por hidrolise enzimática ácida. Segundo alguns pesquisadores, o

10 que precisamos é adaptar os processos para a produção com outras fontes de celulose. No Brasil existem empresas que já desenvolveram os projetos de produção de etanol a partir de celulose usando a hidrolise enzimática 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS Será necessário investir recursos elevados em pesquisa, desenvolvimento e inovação, especialmente na hidrólise da celulose. Em função disso, e para evitar choque de competitividade, o Brasil necessita investir na mesma linha, com potencial altamente promissor (Plano Nacional de Agroenergia, 2006). O benefício ambiental associado ao uso de álcool é considerável: cerca de 2,3 t de CO 2 deixam de ser emitidas por tonelada de álcool combustível, utilizado em lugar do combustível fóssil, sem considerar outras emissões, como o SO 2. Devido à alta do preço do petróleo, os investimentos em plantas de produção de etanol têm crescido de maneira vertiginosa. A viabilidade da produção de etanol é condicionada a limitações de ordem tecnológica, seja no cultivo da matéria prima, seja no seu processamento e transformação em álcool. As condicionantes residem principalmente no processo de separação da lignina da celulose. Já existem iniciativas de empresas de biotecnologia no desenvolvimento de enzimas que tornem o processo e viabilizem a produção de etanol. 8. REFERÊNCIAS Acesso em 26 jul Acesso em 26 jul. 2010

11 Acesso em 26 jul Acesso em 26 jul Acesso em 26 jul Acesso em 26 jul Acesso em 26 jul T.pdf. Acesso em 26 jul em%20etanol%20celul%C3%B3sico.doc. Acesso em 26 jul Acesso em 26 jul %20Perspectiva%20para%20o%20etanol%20no%20Brasil.pdf. Acesso em 26 jul. 2010

12 i.pdf. Acesso em 26 jul Acesso em 26 jul tivas_biomassa_matriz_economico.pdf. Acesso em 26 jul %3A%2F%2Fwww.unipinhal.edu.br%2Fojs%2Fengenhariaambiental%2Finclude%2Fg etdoc.php%3fid%3d638&ei=vn5mtpbdm8hsnafq5o3zcw&usg=afqjcnhsulil aoj7is4ebgbufdmhv3wekq&sig2=scusstvxwj4wzvti_oolvq. Acesso em 26 jul. 2010

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